摘 要： 針對目前離網(wǎng)型永磁同步發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定及難以調(diào)節(jié)的問題，先將輸出電壓整流成直流電壓，再將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷狠敵觥Ｄ孀冸娐凡捎?a class="innerlink" href="http://theprogrammingfactory.com/tags/SPWM" title="SPWM" target="_blank">SPWM算法，并以DSP作為控制核心。經(jīng)過整流、逆變后，發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定，并且能對輸出電壓方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
關(guān)鍵詞： 同步發(fā)電機(jī)；電壓調(diào)節(jié)；SPWM；DSP
永磁同步電機(jī)具有良好的性能優(yōu)勢以及廣闊的發(fā)展前景，但它也并非完美無缺，依然存在許多問題。這些問題得不到解決將會(huì)阻礙永磁同步電機(jī)的發(fā)展。電壓調(diào)整率是發(fā)電機(jī)最重要的性能指標(biāo)之一，其數(shù)值完全由發(fā)電機(jī)本身的固有特性所決定。發(fā)電機(jī)接上負(fù)載后，由于內(nèi)阻抗壓降及電樞反應(yīng)產(chǎn)生的去磁效果，輸出電壓會(huì)降低。傳統(tǒng)電機(jī)可以通過增加勵(lì)磁電流加強(qiáng)磁場來調(diào)節(jié)，但是永磁電機(jī)的主磁場由永磁體提供，無法調(diào)節(jié)，使得永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓難以控制，致使限制了它的應(yīng)用范圍。電力電子技術(shù)是近年來稀土永磁同步發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域非常活躍的研究方向之一。電力電子技術(shù)作為弱電與強(qiáng)電聯(lián)系的紐帶，能為電功率流動(dòng)的控制及電能形態(tài)改變提供有力幫助。本文利用電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)了一種永磁同步發(fā)電機(jī)的調(diào)壓方案。該方案設(shè)備簡單，不改變電機(jī)本體，且調(diào)壓效果較好，具有較高實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
1 整體方案
本文利用電力電子技術(shù)中的交-直-交變換原理，采用TI公司的TMS320F2812作為主控芯片，將發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)過整流逆變之后，可將永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，而且可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載需要對穩(wěn)定的電壓輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的控制框圖如圖1所示。
2 硬件設(shè)計(jì)
電源部分：系統(tǒng)的正常工作首先需要有穩(wěn)定可靠的電源。電路中共需要3路電源，分別為+15 V、模擬+5 V和數(shù)字+5 V。其中15 V電壓為IGBT驅(qū)動(dòng)電路供電，5 V數(shù)字電源為系統(tǒng)供電，5 V模擬電源為AD采樣等電路供電。由于模擬電源需要較高的精度，所以采用兩級(jí)穩(wěn)壓，先用78L06穩(wěn)壓得到+6 V，再用高精度、高線性度的TL431穩(wěn)壓得到紋波系數(shù)小的穩(wěn)定的+5 V模擬電源。
IGBT模塊選用英飛凌的FS-30R06W1E3。FS-30R06-W1E3是一款高性能、集成的H橋IGBT模塊，其內(nèi)部原理如圖2所示，本設(shè)計(jì)只需用到其中的一個(gè)H橋即可。該IGBT可耐壓650 V，工作溫度為80 ℃時(shí)工作電流可達(dá)30 A。FS-30R06W1E3內(nèi)部集成NTC熱敏傳感器供外部設(shè)備對其溫度監(jiān)控。DSP可依據(jù)圖3熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系曲線圖通過查表法采集IGBT溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)減小IGBT的輸出功率或關(guān)閉IGBT來實(shí)現(xiàn)熱保護(hù)。
IGBT驅(qū)動(dòng)選用英飛凌公司的2ED020I06-FI芯片。該芯片可工作于母線電壓高達(dá)650 V的電路中，驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)+1 A/-2 A，工作電壓14 V~18 V。2ED020I06-FI的控制電平可兼容3.3 V的CMOS電平和5 V的TTL電平。2ED020I06-FI驅(qū)動(dòng)芯片是FS-30R06W1E3配套的驅(qū)動(dòng)模塊。2ED020I06-FI內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。
利用DSP事件管理（EV）中的全比較單元，可以方便地產(chǎn)生6路帶有可編程死區(qū)和輸出極性的PWM波。載波的頻率（開關(guān)頻率）由定時(shí)器的定時(shí)周期和計(jì)數(shù)模式?jīng)Q定[4]。
本文設(shè)計(jì)了一個(gè)離網(wǎng)型永磁同步發(fā)電機(jī)輸出電壓調(diào)節(jié)器。采用電力電子技術(shù)中的交-直-交變換技術(shù)并結(jié)合TMS320F2812作為控制芯片，能夠改善發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，并且可以對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
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